(57)【要約】【課題】  太陽電池アレイを設置したまま、個々の太陽電池モジュールの発電状態が確認でき、また、一部の太陽電池モジュールに、故障や障害物の日陰等による出力低下が生じていても、システム全体の発電能力を最大限に発揮できる太陽光発電システムを提供する。【解決手段】  縦横に配列された太陽電池モジュールＭ１〜Ｍ４間の配線パターンを、ゲートユニットＧ１〜Ｇ１２で切換えつつ太陽電池アレイ全体の開放電圧と短絡電流を測定し、これに基づいて特性算出手段で個々の太陽電池モジュールの出力特性を算出する。さらに、算出された個々の太陽電池モジュールの出力特性に基づき、配線パターン決定手段が太陽電池アレイ全体の出力が最大になる配線パターンを決定し、ゲートユニットＧ１〜Ｇ１２の切換によって太陽電池モジュール間の配線パターンを最大出力が得られるように最適化する。【選択図】  図７
2010219349.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１クラスタからなる複数の太陽電池モジュールが縦横に配列され、隣接する太陽電池モジュール間がそれぞれゲートユニットを介して配線接続されてなる太陽電池アレイと、
前記太陽電池アレイの正極側と負極側をそれぞれ外部負荷に接続するための一対の線路と、
前記太陽電池アレイの開放電圧を測定する開放電圧測定手段と、
前記太陽電池アレイの短絡電流を測定する短絡電流測定手段と、
前記それぞれのゲートユニットを個別に制御するゲートユニット制御手段と、
前記それぞれの太陽電池モジュールの電流電圧特性を算出する特性算出手段とを備え、  前記それぞれのゲートユニットは、第１の正極端子、第１の負極端子、第２の正極端子、第２の負極端子の４つの外部端子を有するとともに、個別に切換可能な、第１の正極端子と第２の負極端子間をＯＮ／ＯＦＦする第１のスイッチ、第１の正極端子と第２の正極端子間をＯＮ／ＯＦＦする第２のスイッチ、第１の負極端子と第２の負極端子間をＯＮ／ＯＦＦする第３のスイッチ、及び、第１の負極端子と第２の正極端子間をＯＮ／ＯＦＦする第４のスイッチとを有し、
前記太陽電池アレイを構成する太陽電池モジュールのうち、両外側の縦列の一方の列に含まれるものは、それぞれ個別のゲートユニットを介して前記一対の線路の一方の線路と接続され、前記両外側の縦列の他方の列に含まれるものは、それぞれ個別のゲートユニットを介して他方の線路と接続され、
前記太陽電池アレイを構成する太陽電池モジュールのうち、両外側の横列の一方の列に含まれるものは、それぞれ個別のゲートユニットを介して前記一対の線路の一方の線路と接続され、前記両外側の横列の他方の列に含まれるものは、それぞれ個別のゲートユニットを介して他方の線路と接続され、
前記一対の線路の正極側と太陽電池モジュール間に介在されるゲートユニットは、第１の正極端子又は第２の正極端子の一方が当該線路に、他方が太陽電池モジュールの正極端子に接続され、
前記一対の線路の負極側と太陽電池モジュール間に介在されるゲートユニットは、第１の負極端子又は第２の負極端子の一方が当該線路に、他方が太陽電池モジュールの負極端子に接続され、
隣接する太陽電池モジュール間に介在されるゲートユニットは、第１の正極端子又は第２の正極端子の一方が、一方の太陽電池モジュールの正極端子に、第１の正極端子又は第２の正極端子の他方が、他方の太陽電池モジュールの正極端子に、
第１の負極端子又は第２の負極端子の一方が、一方の太陽電池モジュールの負極端子に、第１の負極端子又は第２の負極端子の他方が、他方の太陽電池モジュールの負極端子に
それぞれ接続され、
前記特性算出手段は、前記ゲートユニット制御手段を介して各ゲートユニットの第１〜第４のスイッチのＯＮ／ＯＦＦを切換えて、各太陽電池モジュール間の配線パターンを変化させ、それぞれの配線パターン毎に、前記電圧測定手段及び電流測定手段が測定した前記太陽電池アレイの短絡電流及び開放電圧の値に基づいて、各太陽電池モジュール毎の電流電圧特性を算出することを特徴とする太陽光発電システム。
【請求項２】
特性算出手段が算出したそれぞれの太陽電池モジュールの電流電圧特性に基づいて、太陽電池アレイの出力が最大となる各太陽電池モジュール間の配線パターンを決定する配線パターン決定手段をさらに備え、
ゲートユニット制御手段は、前記配線パターンに従って、各ゲートユニットの第１〜第４のスイッチのＯＮ／ＯＦＦを切換えるようにしたことを特徴とする請求項１記載の太陽光発電システム。
【請求項３】
ゲートユニット制御手段による各ゲートユニットの第１〜第４のスイッチのＯＮ／ＯＦＦを切換える制御は、無線通信手段を介して無線で行われることを特徴とする請求項１又は２記載の太陽光発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池アレイを構成する太陽電池モジュールの個別の発電状態の確認や故障診断の機能を備えた太陽光発電システムに関し、また、一部の太陽電池モジュールに、故障や障害物の日陰等による出力低下が生じていても、システム全体の発電能力を最大限に発揮することのできる太陽光発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、太陽光発電の技術分野においては、エネルギー変換効率の高い太陽電池セルやパワーコンディショナの開発に力が注がれている。しかしながら、実際に使用される太陽光発電システムは、複数の太陽電池セルを連結した太陽電池モジュールを多数縦横に配列して構成されている太陽電池アレイと、パワーコンディショナとを統合したシステムであるため、今後は、太陽光発電システム全体のシステム効率を向上させることを考慮したシステム開発が望まれている。
【０００３】
そこで、従来においても、例えば、特許文献１に記載されているように、主太陽電池の他に補助太陽電池を複数個設けて太陽電池アレイを構成し、これらの補助太陽電池の出力から主太陽電池の日照条件を把握して主太陽電池の出力を最大にする制御を行う太陽光発電システムが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０９−２５２５３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
さまざまな環境に設置される太陽光発電システムにおいては、周囲の障害物により、太陽電池アレイの一部が日陰に掛かる場合がある。また、複数の太陽電池アレイを向きが異なる屋根面にそれぞれ設置する場合には、屋根の向きによって均一な日射が得られず、日照の条件が変わってくる。
【０００６】
また、太陽電池モジュールの中には、曲面に設置できるフレキシブルな太陽電池モジュールも開発されているが、この場合にも太陽電池モジュール面上の太陽光の入射角度が場所や時刻によって変化するため、太陽電池アレイの各部分で日射量が異なってくる。
【０００７】
しかしながら、前述したような特許文献１に記載されているシステムも含めて、従来の太陽光発電システムは、周囲の木々や建物等により太陽電池アレイに部分的に生じる日陰や太陽光の入射角度等の影響を考慮して設計されておらず、このような設置状況下に置かれる太陽光発電システムは、太陽電池モジュールの性能を十分に発揮することができない問題があった。
【０００８】
また、太陽電池アレイに多数組み込まれている太陽電池モジュールのうち、一部の太陽電池モジュールが破損や劣化してこれを交換する際に、年月が経ち同じ製品が製造されていないことがあり、既設の太陽電池モジュールの性能とは、異なるものと交換せざるを得ない場合がある。
【０００９】
この場合、交換した一部の太陽電池モジュールは、周囲のものと電流電圧特性が異なるために、システム全体の発電効率に悪影響を及ぼすことがあり、これを改善することは難しい。
【００１０】
また、屋根等に設置されている太陽電池アレイの太陽電池モジュールの一部に不具合が発生しても、どの太陽電池モジュールが不具合なのかを見つけるためには、太陽電池アレイを構成する太陽電池モジュール全体を架台から取り出して、太陽電池モジュール間の配線を外さなければ確認することができず、その作業に多大な労力と時間を要していた。
【００１１】
そこで、本発明は、従来技術における問題点を解決し、太陽電池アレイを設置したまま、個々の太陽電池モジュールの発電状態を確認できる太陽光発電システムを提供し、また、一部の太陽電池モジュールに、故障や障害物の日陰等による出力低下が生じていても、システム全体の発電能力を最大限に発揮できる太陽光発電システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目的のために提供される、本発明の太陽光発電システムは、１クラスタからなる複数の太陽電池モジュールが縦横に配列され、隣接する太陽電池モジュール間がそれぞれゲートユニットを介して配線接続されてなる太陽電池アレイと、前記太陽電池アレイの正極側と負極側をそれぞれ外部負荷に接続するための一対の線路と、前記太陽電池アレイの開放電圧を測定する開放電圧測定手段と、前記太陽電池アレイの短絡電流を測定する短絡電流測定手段と、前記それぞれのゲートユニットを個別に制御するゲートユニット制御手段と、前記それぞれの太陽電池モジュールの電流電圧特性を算出する特性算出手段とを備えたものである。
【００１３】
前記それぞれのゲートユニットは、第１の正極端子、第１の負極端子、第２の正極端子、第２の負極端子の４つの外部端子を有するとともに、個別に切換可能な、第１の正極端子と第２の負極端子間をＯＮ／ＯＦＦする第１のスイッチ、第１の正極端子と第２の正極端子間をＯＮ／ＯＦＦする第２のスイッチ、第１の負極端子と第２の負極端子間をＯＮ／ＯＦＦする第３のスイッチ、及び、第１の負極端子と第２の正極端子間をＯＮ／ＯＦＦする第４のスイッチとを有している。
【００１４】
また、前記太陽電池アレイを構成する太陽電池モジュールのうち、両外側の縦列の一方の列に含まれるものは、それぞれ個別のゲートユニットを介して前記一対の線路の一方の線路と接続され、前記両外側の縦列の他方の列に含まれるものは、それぞれ個別のゲートユニットを介して他方の線路と接続されている。なお、ここで、両外側の縦列とは、太陽電池モジュールの列が縦に２列しか無い場合には、これらの２列が該当するものとする。
【００１５】
また、前記太陽電池アレイを構成する太陽電池モジュールのうち、両外側の横列の一方の列に含まれるものは、それぞれ個別のゲートユニットを介して前記一対の線路の一方の線路と接続され、前記両外側の横列の他方の列に含まれるものは、それぞれ個別のゲートユニットを介して他方の線路と接続されている。なお、ここで、両外側の横列とは、太陽電池モジュールの列が横に２列しか無い場合には、これらの２列が該当するものとする。
【００１６】
前記一対の線路の正極側と太陽電池モジュール間に介在されるゲートユニットは、第１の正極端子又は第２の正極端子の一方が当該線路に、他方が太陽電池モジュールの正極端子に接続され、前記一対の線路の負極側と太陽電池モジュール間に介在されるゲートユニットは、第１の負極端子又は第２の負極端子の一方が当該線路に、他方が太陽電池モジュールの負極端子に接続されている。
【００１７】
また、隣接する太陽電池モジュール間に介在されるゲートユニットは、第１の正極端子又は第２の正極端子の一方が、一方の太陽電池モジュールの正極端子に、第１の正極端子又は第２の正極端子の他方が、他方の太陽電池モジュールの正極端子に、第１の負極端子又は第２の負極端子の一方が、一方の太陽電池モジュールの負極端子に、第１の負極端子又は第２の負極端子の他方が、他方の太陽電池モジュールの負極端子にそれぞれ接続されている。
【００１８】
また、前記特性算出手段は、前記ゲートユニット制御手段を介して各ゲートユニットの第１〜第４のスイッチのＯＮ／ＯＦＦを切換えて、各太陽電池モジュール間の配線パターンを変化させ、それぞれの配線パターン毎に、前記電圧測定手段及び電流測定手段が測定した前記太陽電池アレイの短絡電流及び開放電圧の値に基づいて、各太陽電池モジュール毎の電流電圧特性を算出するものである。
【００１９】
本発明の太陽光発電システムにおいては、さらに、特性算出手段が算出したそれぞれの太陽電池モジュールの電流電圧特性に基づいて、太陽電池アレイの出力が最大となる各太陽電池モジュール間の配線パターンを決定する配線パターン決定手段をさらに備え、ゲートユニット制御手段は、前記配線パターンに従って、各ゲートユニットの第１〜第４のスイッチのＯＮ／ＯＦＦを切換えるようにしてあることが望ましい。
【００２０】
また、本発明の太陽光発電システムにおいては、ゲートユニット制御手段による各ゲートユニットの第１〜第４のスイッチのＯＮ／ＯＦＦを切換える制御が、無線通信手段を介して無線で行われるように構成されていることも望ましい。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１記載の発明に係る太陽光発電システムによれば、縦横に配列された太陽電池モジュール間の配線パターンを、ゲートユニットで切換えつつ太陽電池アレイ全体の開放電圧と短絡電流を測定し、これに基づいて特性算出手段で個々の太陽電池モジュールの出力特性を算出しているため、既設の太陽光発電システムにおいて、太陽電池モジュール全体を架台から取り出して、太陽電池モジュール間の配線を外す作業を必要とせずに、個々の太陽電池モジュールの発電状態を知ることができ、発電能力が低下しているモジュールや、機能していない不要モジュールの有無を容易且つ速やかに診断することができる。
【００２２】
また、請求項２記載の発明に係る太陽光発電システムによれば、請求項１の発明において算出される個々の太陽電池モジュールの出力特性に基づき、配線パターン決定手段が太陽電池アレイ全体の出力が最大になる配線パターンを決定し、ゲートユニットの切換えにより太陽電池アレイ間の配線パターンを変更するようにしているため、一部の太陽電池モジュールに、故障や障害物の日陰等による出力低下が生じていても、システム全体の発電能力を最大限に発揮させることができる。
【００２３】
また、請求項３記載の発明に係る太陽光発電システムによれば、太陽電池モジュールのゲートユニットの切換制御を無線で行うようにしているため、特性算出手段、配線パターン決定手段、ゲートユニット制御手段等の演算やゲートユニットの切換制御を行う部分を屋内に設置し、屋根の上等の離れた場所に設置されている太陽電池モジュールの配線パターンの切換を遠隔制御で容易に行うことができる。
【００２４】
また、例えば、１カ所に設置されたコンピュータにより、特性算出手段、配線パターン決定手段、ゲートユニット制御手段等の機能を実現し、離れた場所にそれぞれ設置されている複数の太陽電池アレイのゲートユニットの切換制御を一括して行うこともできる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】一般的な太陽光発電システムに用いられている太陽電池モジュール内部の概略構造図である。
【図２】一般的な太陽電池アレイの電流電圧特性を示す図である。
【図３】一部の太陽電池モジュールが日陰に入っている太陽電池アレイを示す図である。
【図４】図３の状態における太陽電池アレイの電流電圧特性を示す図である。
【図５】図３の配線パターンを組み換えた太陽電池アレイを示す図である。
【図６】図５の状態における太陽電池アレイの電流電圧特性を示す図である。
【図７】本発明の太陽光発電システムの１実施形態における太陽電池アレイの構成図である。
【図８】本発明の太陽光発電システムの１実施形態におけるゲートユニットの内部構造を示す模式図である。
【図９】本発明の太陽光発電システムの１実施形態における太陽電池モジュールの端子の結線状態を示す図である。
【図１０】本発明の太陽光発電システムの１実施形態におけるゲートユニットの制御回路を示す図である。
【図１１】本発明の太陽光発電システムの別の実施形態におけるゲートユニットの制御回路を示す図である。
【図１２】４つの太陽電池モジュールからなる太陽電池アレイの配線パターンの一例を示す図である。
【図１３】図１２の配線パターンにおいて、２枚の太陽電池モジュールに日陰がある場合の太陽電池アレイの電流電圧特性を示す図である。
【図１４】太陽電池モジュール間の配線パターン変更後の状態を示す図である。
【図１５】配線パターン変更後の太陽電池アレイの電流電圧特性を示す図である。
【図１６】太陽電池モジュールＭ１の電流電圧測定時の配線パターンを示す図である。
【図１７】太陽電池モジュールＭ１及びＭ３の電流電圧測定時の配線パターンを示す図である。
【図１８】太陽電池モジュールＭ４の電流電圧測定時の配線パターンを示す図である。
【図１９】太陽電池モジュールＭ２及びＭ４の電流電圧測定時の配線パターンを示す図である。
【図２０】本発明の太陽光発電システムにおける処理手順を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
一般的な太陽光発電システムにおいては、複数の太陽電池モジュールが直並列に接続されて太陽電池アレイが構成されており、それぞれの太陽電池モジュールはさらに、発電素子である太陽電池セルが複数直列に接続されて構成されている。
【００２７】
図１は、一般的な太陽光発電システムに用いられている太陽電池モジュール内部の概略構造図であって、同図に示すように、太陽電池モジュールの内部では、直列接続された一連の太陽電池セル毎に、バイパスダイオードがこれらと並列に接続されている。なお、これらの直列接続された一連の太陽電池セルのユニットのことを「クラスタ」と呼称する。
【００２８】
これらのバイパスダイオードは、太陽電池モジュールに掛かる部分的な日陰や太陽電池モジュール内部の故障によって生じる、当該太陽電池モジュールの発熱や太陽電池アレイ全体の出力低下を防止するために用いられている。
【００２９】
また、これらのバイパスダイオードは、太陽電池アレイに日陰等が生じていない通常の動作時には出力には関与しないが、部分的に日陰が生じると、その部分の太陽電池モジュールのクラスタに含まれる太陽電池セルを電流が迂回するようにバイパスダイオードに流れる。
【００３０】
太陽電池モジュールやこれらの集合体である太陽電池アレイの特性を示す指標として、電流電圧特性があり、日陰等が生じていない通常の太陽電池アレイの電流電圧特性は、図２に示すような特性グラフで表され、この特性の最大出力（同図斜線部の面積）は、特性上の最大出力点Ｐで示される。
【００３１】
また、太陽電池アレイの正極側端子と負極側端子間を短絡したときに、その両端子間に流れる電流（短絡電流）をIsc、これら両端子間を開放したときの両端子間電圧（開放電圧）をVoc、最大出力時の電流（最大出力動作電流）をImax、最大出力時の電圧（最大出力動作電圧）をVmaxとすると、これらは、図２のように示される。
【００３２】
図３に示す太陽電池アレイは、図１に示した太陽電池モジュールを横に直列に３枚接続したものを縦に２列並列接続して構成した例であり、同図においては、黒く表示した２枚の太陽電池モジュールが日陰になっている状態を示している。また、図４は、図３の状態における太陽電池アレイの電流電圧特性及び最大出力点Ｐを示している。
【００３３】
この場合、部分的な日陰によって、日陰になっている太陽電池モジュール内では、バイパスダイオードに電流が迂回するように流れ、その結果、太陽電池アレイの電流電圧特性を示す特性グラフは、図４に示すように階段状になる。
【００３４】
ここで、図３に示す太陽電池アレイの太陽電池モジュール間の配線パターンを図５のように組み換えると、図６に示すような最大出力点をＰ’とする電流電圧特性に変化する。  これを、図４に示す最大出力点Ｐと比較すると、斜線部の面積（最大出力）は図６の方が大きくなり、発電効率が改善されている。このように、太陽電池モジュール数が同じでも配線パターンを換えることで、太陽光発電システムの発電効率を改善できる可能性がある。
【００３５】
そこで、以下に説明するように、本発明の太陽光発電システムにおいては、先ず、太陽電池アレイを構成しているそれぞれの太陽電池モジュールの電流電圧特性を把握し、さらにその結果に基づいて、個々の太陽電池モジュール間の配線パターンを最適化して太陽光発電システムの発電効率の向上を図る。
【００３６】
図７は、本発明の太陽光発電システムの１実施形態における太陽電池アレイの構成図であって、ここでは、太陽電池アレイは、最小構成の４枚の直方形の太陽電池モジュールＭ１〜Ｍ４で構成されている。なお、本発明の太陽光発電システムにおいては、パイパスダイオードが１つだけ含まれる１クラスタ構成の太陽電池モジュールを使用する。
【００３７】
また、同図に示すように、太陽電池モジュールの各辺に隣接して、全て同一構造のゲートユニットＧ１〜Ｇ１２が配置されていて、太陽電池モジュールＭ１〜Ｍ４はこれらのゲートユニットＧ１〜Ｇ１２を介して様々な配線パターンで接続されるようになっている。
【００３８】
図８は、これらのゲートユニットの内部構造を模式的に示す図であり、第１の正極端子Ｐ１、第１の負極端子Ｎ１と、第２の正極端子Ｐ２、第２の負極端子Ｎ２の４つの外部端子を有している。
【００３９】
これらの正負極各一対の端子Ｐ１、Ｎ１及びＰ２、Ｎ２は、それぞれが隣接する太陽電池モジュールの正極と負極の端子と接続されており、一つのゲートユニットを介して隣接する２枚の太陽電池モジュールどうしが接続されるようになっている。
【００４０】
一方、図９に示すように、それぞれの太陽電池モジュールＭ１〜Ｍ４は、縦横左右の配線接続が可能となるように、４辺にそれぞれ、内部の正負の電極と接続された正極と負極のコネクタ（端子）が一対ずつ取り付けられている。
【００４１】
図８に示すように、ゲートユニットの内部には、第１の正極端子Ｐ１と第２の負極端子間をＯＮ／ＯＦＦする第１のスイッチＳ１、第１の正極端子Ｐ１と第２の正極端子間をＯＮ／ＯＦＦする第２のスイッチＳ２、第１の負極端子Ｎ１と第２の負極端子Ｎ２間をＯＮ／ＯＦＦする第３のスイッチＳ３、及び、第１の負極端子Ｎ１と第２の正極端子Ｐ１間をＯＮ／ＯＦＦする第４のスイッチが内蔵されている。
【００４２】
ここで、例えば、スイッチＳ２とスイッチＳ３をＯＮに、スイッチＳ１とスイッチＳ４をＯＦＦにすると、第１の正極端子Ｐ１と第２の正極端子Ｐ２間、第１の負極端子Ｎ１と第２の負極端子Ｎ２間がそれぞれ同極どうし並列に接続される。
【００４３】
一方、スイッチＳ１をＯＮ、その他のスイッチＳ２、Ｓ３、Ｓ４をＯＦＦにすると、第１の正極端子Ｐ１と第２の負極端子Ｎ２間が直列に接続される。また、全てのスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４をＯＦＦにすれば、各端子間は切断状態になる。
【００４４】
このように、これらのスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４のＯＮ／ＯＦＦの組み合わせによって、各端子間を直列接続、並列接続、及び、切断の何れかの状態に切換えることができる。
【００４５】
本実施形態のものにおいては、各ゲートユニットに内蔵するこれらのスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４には、ＭＯＳＦＥＴ等のゲート素子を用いており、その制御信号は、図１０に示すように、遠隔のコンピュータから通信回線を経由してそれぞれのゲートユニットに付属する通信モジュールに送り、内蔵するドライバ回路でこれらのゲート素子を切換制御するようにしている。なお、スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４にはリレーを用いてもよい。
【００４６】
また、図１１は、本発明の別の実施形態であって、遠隔のコンピュータとゲート素子がそれぞれ無線モジュールを備えており、当該コンピュータから無線通信によって各ゲートユニットの切換を行うようにしたものである。
【００４７】
図７に示すように、太陽電池アレイは、その正極側と負極側を外部負荷に接続するための一対の線路Ｌ１、Ｌ２を有していて、これらの線路Ｌ１、Ｌ２間には、短絡スイッチＳ０と電圧計Ｖが並列に設けられ、また、一方の線路Ｌ２には電流計Ａが設けられている。なお、ここでは、線路Ｌ１は正極側、線路Ｌ２が負極側としてある。
【００４８】
なお、この実施形態において、短絡スイッチＳ０と電圧計Ｖは、本発明における開放電圧測定手段に、また、前記短絡スイッチＳ０と電流計Ａは、本発明における短絡電流測定手段に相当するものである。
【００４９】
次に、それぞれのゲートユニットＧ１〜Ｇ１２内の各スイッチ操作により、図１２のように太陽電池モジュールＭ１〜Ｍ４を接続する。なお、ここでは、ゲートユニットＧ１〜Ｇ１２は図示を省略してある。同図に示すように、２枚の太陽電池モジュールＭ３、Ｍ４が日陰に入っている場合、太陽電池アレイの電流電圧特性は、図１３のような段差を持つ特性になる。
【００５０】
ここで、太陽電池の出力特性として、電流は日射強度が大きくなると比例して大きくなることから、日陰の太陽電池モジュールＭ３、Ｍ４の出力特性は、通常の日向にある太陽電池モジュールＭ１、Ｍ２に比べ、電流方向の辺を縮めた直方形で表現できる。
【００５１】
図１３において、それぞれ斜線で示す直方形Ｗ１とＷ１’の面積はそれぞれ、太陽光が当たっている太陽電池モジュールＭ１、Ｍ２の発電出力、直方形Ｗ２とＷ２’の面積はそれぞれ、日陰の太陽電池モジュールＭ３、Ｍ４の発電出力を表しており、最大出力の点Ｐは、太陽光が当たっているモジュールＭ１、Ｍ２のみ関与し、日陰の太陽電池モジュールＭ３、Ｍ４が発電する電力は、使われることなく無駄になっている。
【００５２】
そこで、図１２の配線パターンから図１４の配線パターンに変更すると、太陽電池アレイの電流電圧特性は図１５のようになり、電流電圧特性の最大出力の点ＰはＷ１、Ｗ１’、Ｗ２、Ｗ２’の各面積が加算された出力となって無駄な電力が発生せず、有効に電力を取り出すことができる。
【００５３】
前述したような、太陽電池アレイが最大出力を発生させる有効な配線パターンを決定するためには、それぞれの太陽電池モジュールＭ１〜Ｍ４の電流と電圧を測定することで解決できる。
【００５４】
図７において、太陽電池モジュールＭ１単体の短絡電流の測定するためには、ゲートユニットＧ１とゲートユニットＧ３を直列接続し、その他のゲートユニットを断線させ、短絡スイッチＳ０をＯＮにして、電流計Ａで測定すればよい。
【００５５】
また、太陽電池モジュールＭ１単体の開放電圧を測定するためには、このゲートユニットの接続状態で短絡スイッチＳ０をＯＦＦにし、電圧計Ｖにて測定可能となる。各ゲートユニットＧ１〜Ｇ１２の操作と短絡スイッチＳ０の開閉操作を行うことにより、後述するように、総ての太陽電池モジュールＭ１〜Ｍ４の短絡電流と開放電圧を知ることができる。
【００５６】
ここで、太陽電池アレイの最大出力に関与するのは、先に示した図２のように、最大出力動作電流Imax及び最大出力動作電圧Vmaxであるが、同図のように最大出力動作電流Imaxと短絡電流Isc及び最大出力動作電圧Vmaxと開放電圧Vocは、それぞれほぼ近い値となるため、測定される短絡電流Isc及び開放電圧Vocを、最大出力動作電流Imax及び最大出力動作電圧Vmaxと見なすことができる。
【００５７】
次に、具体的な各ゲートユニットの切換操作について説明する。太陽電池モジュールＭ１を測定するために、ゲートユニットＧ１のスイッチＳ２（図８参照）をＯＮにし、ゲートユニットＧ３のスイッチＳ３をＯＮにし、残りの全てのゲートユニットは切断状態にする。この操作により、図１６に示すように、太陽電池モジュールＭ１だけが回路に接続され、短絡スイッチＳ０がＯＦＦであれば電圧を、ＯＮであれば電流を測定する。
【００５８】
次に、太陽電池モジュールＭ１と太陽電池モジュールＭ３を測定するために、ゲートユニットＧ１のスイッチＳ２をＯＮにし、ゲートユニットＧ６のスイッチＳ４をＯＮにし、ゲートユニットＧ１１のスイッチＳ３をＯＮする。
【００５９】
この操作により、図１７に示すように、太陽電池モジュールＭ１と太陽電池モジュールＭ３が回路に直列接続され、短絡スイッチＳ０をＯＦＦにすることで、太陽電池モジュールＭ１と太陽電池モジュールＭ３の電圧の総和が求められる。次いで、この値から前操作により測定された太陽電池モジュールＭ１の電圧を引くことにより太陽電池モジュールＭ３の電圧が求められる。
【００６０】
また、ゲートユニットＧ１のスイッチＳ２をＯＮにし 、ゲートユニットＧ６のスイッチＳ２とスイッチＳ３をＯＮにし、ゲートユニットＧ１１のスイッチＳ３をＯＮにすることで、太陽電池モジュールＭ１と太陽電池モジュールＭ３が回路に並列接続され、さらに、図１７において、短絡スイッチＳ０をＯＮにすることで、太陽電池モジュールＭ１と太陽電池モジュールＭ３の電流の総和が求められる。次いで、この値から前操作により測定された太陽電池モジュールＭ１の電流を引くことにより太陽電池モジュールＭ３の電流が求められる。
【００６１】
次に、太陽電池モジュールＭ４の電流と電圧を測定するために、ゲートユニットＧ１０のスイッチＳ２をＯＮにし、ゲートユニットＧ１２のスイッチＳ３をＯＮにする。この操作により、図１８に示すように、太陽電池モジュールＭ４だけが回路に接続され、短絡スイッチＳ０がＯＦＦであれば電圧を、ＯＮであれば電流を測定する。
【００６２】
次に、太陽電池モジュールＭ２と太陽電池モジュールＭ４の電流と電圧を測定するために、ゲートユニットＧ２のスイッチＳ２をＯＮにし、ゲートユニットＧ７のスイッチＳ４をＯＮにし、ゲートユニットＧ１２のスイッチＳ３をＯＮする。
【００６３】
この操作により、図１９に示すように、太陽電池モジュールＭ２と太陽電池モジュールＭ４が回路に直列接続され、短絡スイッチＳ０をＯＦＦにすることで、太陽電池モジュールＭ２と太陽電池モジュールＭ４の電圧の総和が求められる。次いで、この値から前操作により測定された太陽電池モジュールＭ４の電圧を引くことにより太陽電池モジュールＭ２の電圧が求められる。
【００６４】
次に、ゲートユニットＧ２のスイッチＳ２をＯＮにし 、ゲートユニットＧ７のスイッチＳ２とスイッチＳ３をＯＮにし、ゲートユニットＧ１２のスイッチＳ３をＯＮすることで太陽電池モジュールＭ２と太陽電池モジュールＭ４が回路に並列接続され、図１９において、短絡スイッチＳ０をＯＮにすることで太陽電池モジュールＭ２と太陽電池モジュールＭ４の電流の総和が求められる。次いで、この値から前操作により測定された太陽電池モジュールＭ４の電流を引くことにより太陽電池モジュールＭ２の電流が求められる。
【００６５】
なお、太陽電池モジュールの数が増えたとしても、ゲートユニットの切換えにより、太陽電池モジュールの数に等しい数の、様々な電流経路と電圧経路についてそれぞれ、連立１次方程式が得られ、これらを解くことによって、全ての太陽電池モジュールの電流値と電圧値の解が求まる。
【００６６】
次に、図２０は、本発明の太陽光発電システムにおける処理手順を示すフロー図であって、先ず、太陽電池アレイを構成する太陽電池モジュールの総数Ｎをコンピュータに入力する（ステップＳ１）。
【００６７】
コンピュータは、各ゲードユニットへ命令を送り、前述したスイッチＳ１〜Ｓ４のＯＮ／ＯＦＦ切換制御によって配線パターンを切換える（ステップＳ２）。この切換えにより太陽電池モジュール間の接続は、直列または並列に繋がる。なお、この切換え手順は、コンピュータにあらかじめプログラムされた順序に従って制御（シーケンス制御）を行う。
【００６８】
次いで、この配線パターンの状況下で短絡電流及び開放電圧を測定する（ステップＳ３）。この操作により未知数（各太陽電池モジュールの電流及び電圧）を変数とした１次方程式が電流式及び電圧式としてそれぞれ作成されて、コンピュータに記憶される。（ステップＳ４）。
【００６９】
太陽電池モジュールの総数がＮ個であるので、電流式及び電圧式について、Ｎ元（Ｎ個の）連立１次方程式を得る必要があるため、Ｎ個の独立した方程式が得られるまで配線パターンを切換えてこの作業を繰り返す（ステップＳ２〜ステップＳ５）。
【００７０】
Ｎ次元連立一次方程式の作成が完了したら（ステップＳ５のＹＥＳルート）この解を求め、各太陽電池モジュールの電流値及び電圧値を算出する（ステップＳ６）。なお、この算出過程で得られた各太陽電池モジュールの電流値及び電圧値を監視することにより、劣化等による不良モジュールを検出することが可能となる。
【００７１】
次に、コンピュータは、この算出された各太陽電池モジュールの電流値及び電圧値を基に、順次太陽電池モジュールの直列及び並列の組み換えを行い、その中から、太陽電池アレイから得られる出力が最大となるものを抽出してその配線パターンを決定する（ステップＳ７）。
【００７２】
次いで、コンピュータは、決定した配線パターンに合わせて各ゲートユニットに信号を送り、当該配線パターンを形成するようにこれらのゲートユニットを切換制御する（ステップＳ８）。
【００７３】
なお、前述した実施形態のものにおいては、本発明における、各ゲートユニットを個別に制御するゲートユニット制御手段、各太陽電池モジュールの電流電圧特性を算出する特定算出手段、及び、最大出力が得られる配線パターンを決定する配線パターン決定手段は、全てコンピュータによって仮想的に実現しているが、これらの手段はそれぞれ個別に機能する専用ユニットとして構成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明は、さまざまな環境に設置される太陽光発電システムや、特性が異なる太陽電池モジュールを組み合わせて用いたり、太陽電池モジュール面上の太陽光の入射角度が場所や時間によって変化する曲面で構成されたフレキシブルな太陽電池モジュールを用いた太陽光発電システムに幅広く利用することができる。
【００７５】
また、個々の太陽電池モジュールの短絡電流や開放電流を測定する過程を、太陽電池アレイの中から不良の太陽電池モジュールをの検出する診断システムとして利用することができる。
【符号の説明】
【００７６】
Ｍ１〜Ｍ４    太陽電池モジュール
Ｇ１〜Ｇ１２  ゲートユニット
Ｐ１          第１の正極端子
Ｐ２          第２の正極端子
Ｎ１          第１の正極端子
Ｎ２          第２の正極端子
Ｓ１          第１のスイッチ
Ｓ２          第２のスイッチ
Ｓ３          第３のスイッチ
Ｓ４          第４のスイッチ
Ｌ１、Ｌ２    線路
Ａ            電流計
Ｖ            電圧計
Ｓ０          短絡スイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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